本文選題：振動抑制控制　切入點：懸臂梁動力學分析　出處：《西南石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：由于柔性結構的機械臂質量輕、靈活性好,隨著其在航天及精密儀器制造等行業(yè)的應用越來越廣泛,對其也提出了越來越高的要求。為解決因柔性機械臂彈性導致的殘余振動影響其使用精度和穩(wěn)定性的問題,提出了基于李雅普諾夫穩(wěn)定定理的模型參考自適應控制方法的振動抑制方案,以此來消除殘余振動。本文將柔性機械臂簡化為伯努利-歐拉梁模型,以壓電薄膜(PVDF)傳感器、基于模型參考自適應控制方法的Labview控制器、壓電堆疊陶瓷致動器為主要研究對象的思路對其進行振動抑制控制研究。首先,介紹了對振動進行抑制的目的意義,閱讀相關的國內外文獻研究資料,確定了本文的研究內容和研究方案。在此基礎上,對模型參考自適應控制理論進行研究,確定了利用基于李雅普諾夫穩(wěn)定定理的模型參考自適應控制方法對懸臂梁振動進行抑制。然后,建立了懸臂梁系統(tǒng)的橫向振動微分方程、模態(tài)坐標下的橫向振動微分方程,計算了所建懸臂梁模型的角頻率及固有頻率,并在ANSYS Workbench軟件環(huán)境下對懸臂梁模型進行模態(tài)仿真。通過對計算結果和仿真結果的分析,對懸臂梁模型的正確性進行了驗證。為達到更好的控制效果,在基于正確的懸臂梁模型基礎上,利用Workbench對其進行瞬態(tài)動力學仿真對振動傳感器/致動器的位置進行優(yōu)化選擇。其次,通過懸臂梁模型模態(tài)坐標下的橫向振動微分方程得到狀態(tài)空間方程和傳遞函數(shù),將傳遞函數(shù)轉換得到的系統(tǒng)差分方程作為參數(shù)辨識的參數(shù)模型,以此為依據(jù)利用帶通濾波器和遞推最小二乘法對振動信號的固有頻率進行辨識。運用基于李雅普諾夫穩(wěn)定理論的模型參考自適應控制方法設計懸臂梁壓電振動抑制自適應控制器。利用MATLAB軟件對設計完成的控制器進行仿真,通過對控制器在模型參考自適應控制作用下的控制響應效果進行分析,表明控制器實現(xiàn)了振動抑制效果。最后,根據(jù)設計方案完成了懸臂梁振動抑制自適應控制實驗平臺的搭建。在實驗平臺上進行了懸臂梁振動抑制控制效果驗證實驗。實驗結果表明:基于李雅普諾夫穩(wěn)定理論的模型參考自適應控制系統(tǒng)能有效的對懸臂梁的振動進行抑制,經(jīng)過振動抑制控制后,懸臂梁開始振動后到再次穩(wěn)定狀態(tài)的時間明顯減短,為未控制狀態(tài)下的17%。
[Abstract]:Due to the light weight and good flexibility of flexible manipulator, it has been applied more and more widely in aerospace and precision instrument manufacturing industries.In order to solve the problem that the residual vibration caused by the elasticity of flexible manipulator affects its accuracy and stability, a model reference adaptive control scheme based on Lyapunov stability theorem is proposed to eliminate the residual vibration.In this paper, the flexible manipulator is simplified as the Bernoulli Euler beam model, and the Labview controller based on the model reference adaptive control method is used for the piezoelectric thin film Labview sensor.The vibration suppression control of piezoelectric stacked ceramic actuator is studied.Firstly, the purpose significance of vibration suppression is introduced, and the research contents and schemes of this paper are determined.On this basis, the model reference adaptive control theory is studied, and the model reference adaptive control method based on Lyapunov stability theorem is determined to suppress the vibration of cantilever beam.Then, the differential equations of transverse vibration and transverse vibration of cantilever beam system are established, and the angular frequency and natural frequency of the model are calculated.The model of cantilever beam is simulated by ANSYS Workbench software.The correctness of the cantilever beam model is verified by analyzing the results of calculation and simulation.In order to achieve better control effect, based on the correct cantilever beam model, the position of vibration sensor / actuator is optimized by transient dynamic simulation with Workbench.Secondly, the state space equation and the transfer function are obtained by the lateral vibration differential equation of the cantilever beam model modal coordinate. The system difference equation obtained by the transfer function transformation is regarded as the parameter model of parameter identification.Based on this, the natural frequency of vibration signal is identified by using band-pass filter and recursive least square method.A model reference adaptive control method based on Lyapunov stability theory is used to design an adaptive controller for piezoelectric vibration suppression of cantilever beam.The designed controller is simulated by using MATLAB software. By analyzing the control response effect of the controller under the action of model reference adaptive control, it is shown that the controller achieves the effect of vibration suppression.Finally, according to the design scheme, the experimental platform of vibration suppression adaptive control of cantilever beam is built.The vibration suppression control effect of cantilever beam is verified on the experimental platform.The experimental results show that the model reference adaptive control system based on Lyapunov stability theory can effectively suppress the vibration of cantilever beam.The time from the beginning of vibration to the second stable state of the cantilever beam is obviously reduced to 17 parts in the uncontrolled state.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【參考文獻】

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本文編號：1729223